EP0487876B1 - Monolithically integrated laserdiode-waveguide-combination - Google Patents

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EP0487876B1
EP0487876B1 EP91117415A EP91117415A EP0487876B1 EP 0487876 B1 EP0487876 B1 EP 0487876B1 EP 91117415 A EP91117415 A EP 91117415A EP 91117415 A EP91117415 A EP 91117415A EP 0487876 B1 EP0487876 B1 EP 0487876B1
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layer
doped
laser diode
waveguide
conductivity
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EP91117415A
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EP0487876A3 (en
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Wolfgang Dr. Thulke
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Siemens AG
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    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

Definitions

  • the present invention relates to a monolithically integrated laser diode-waveguide combination.
  • a monolithically integrated combination of a laser diode and a passive waveguide coupled to it has so far only been produced on a conductive substrate.
  • a contact provided for the power supply is applied to the underside of the substrate.
  • Electronics Letters 26 , 933-934 (1990) describes a laser diode on a semi-insulating substrate with a planar surface.
  • a strip-shaped active layer is arranged between a p-doped layer, which is contacted from the top of the component via a p-diffused region, and an n-doped layer, into which current can be sent laterally via n-doped semiconductor material.
  • This lateral n-doped semiconductor material is contacted on the surface of the component, which is flat, on the side of the active strip.
  • Electronics Letters 26 , 458-459 (1990) describes a laser diode on a semi-insulating substrate, in which an active strip runs along the edge on an n-doped InP layer. There is an n-contact on the side of this active strip on this InP layer. A p-doped contact layer with a p-contact located on it has grown above the active strip and on the surface not covered by this InP layer.
  • IEE Proceedings 137 , 39 - 42 (1990) describes a laser diode on a semi-insulating substrate, in which there is an active strip on an n-doped layer of InP, which is embedded from above and laterally in a p-doped InP layer is. There is a highly p-conductive doped contact layer on top and a p-contact on top. The lower n-doped InP layer is laterally provided with an n-contact.
  • the object of the present invention is to provide a monolithically integrated laser diode-waveguide combination on a semi-insulating substrate.
  • the waveguide is integrated with the laser diode on a semi-insulating substrate in that the active zone of the laser diode is enclosed on the sides by a doped cladding layer, which establishes the electrical connection to contacts on the top of the component.
  • Semiconductor material that is doped for the opposite conductivity type is in the form of an upper cladding layer Bridges above and along the active layer. This web formed by the upper cladding layer is not significantly wider at its base than the active layer.
  • the metallization of the other contact is applied to the web and led to a bond area via a narrow strip. This bond area is arranged on the passive section, ie where the optical waveguide is located.
  • a particularly advantageous embodiment of the structure according to the invention provides that the optical feedback of the laser light in the laser diode takes place through a DFB grating.
  • This DFB grating can lie above or below the active layer.
  • the laser diode-waveguide combination according to the invention can be produced using all known epitaxy methods. The usual gas phase processes MOVPE or MOMBE appear particularly suitable.
  • the 1 shows a buffer layer 2 on a substrate 1 and a waveguide layer 3, an intermediate layer 4, an active layer 5 and a grating layer 6 with the web of the upper cladding layer 7 thereon, on which a central contact layer 8 with the central contact 9 is applied.
  • This central contact 9 is electrically connected laterally to the bonding surface 13.
  • the lower cladding layer 10 is applied to the buffer layer 2 to the side of the strip comprising the active layer 5.
  • the lateral contact layer 11 is located thereon with the lateral contact 12 thereon.
  • the materials of the upper cladding layer 7 and the lower cladding layer 10 are doped in opposite directions to one another.
  • the active area A is followed by the passive area P with the waveguide. In this passive area P, the upper cladding layer 7 has also grown to the side of the central web.
  • the lower cladding layer 10 is also located in the passive region P above the strip-shaped waveguide (the extension of the waveguide layer 3 in FIG. 1).
  • FIG. 1 shows in longitudinal section the semi-insulating substrate 1 with the buffer layer 20 grown thereon, which can also be omitted, with the intermediate layer 40 grown thereon, the active layer 50 and a protective layer 51.
  • a grating 14 At the boundary between the buffer layer 20 or the overgrown top side of the substrate 1 and the subsequent waveguide layer 30 there is a grating 14 in the active region.
  • B. InP Fe and the buffer layer 20 InP.
  • the buffer layer 20 can be undoped or z.
  • the grating must be produced locally, since it is only required in the active area of the laser diode and would lead to radiation losses in the passive area.
  • the waveguide layer is undoped or z. E. n ⁇ -doped and z. B. InGaAsP of wavelength 1.3 »m.
  • the intermediate layer 40 is e.g. B. n+-doped and z. B. InP: Sn.
  • the active layer 50 is undoped and e.g. B. InGaAsP of wavelength 1.55 »m.
  • the protective layer 51 is e.g. B. p-doped and InP: Zn.
  • FIG. 3 Another embodiment according to FIG. 3 provides for the grid 15 to be arranged above the active layer 50.
  • the uppermost layer as a lattice layer 60 is made of material with a higher refractive index than the protective layer 51 in FIG. B. InGaAsP of wavelength 1.15 »m.
  • the DFB grating is in this grating layer 60 whole area etched.
  • the waveguide layer 30 is exposed in the passive region, which can be done by conventional photolithography and selective wet chemical etching.
  • the waveguide layer 30 serves as an etch stop layer.
  • the bra web in the active area is shown in cross section in FIG. 4.
  • a strip-shaped mask 16 (for example SiO 2) is applied to the surface of the grid layer 60 during manufacture. This mask 16 is used for etching the layer sequence down into the buffer layer 2 or, in the absence of the buffer layer, down into the substrate 1. This mask 16 is then removed in the passive area. It initially remains on the grid in the grid layer 6.
  • FIG. 5 shows the layer structure after the growth of this lower cladding layer 10 and a first contact layer 17 (eg n+-doped InGaAs: Si), which the Contacts with metallizations to be applied later improved.
  • a first contact layer 17 eg n+-doped InGaAs: Si
  • the laterally partially etched-off buffer layer 2 is located on the substrate 1, in the web the waveguide layer 3, the intermediate layer 4, the active layer 5, the grating layer 6 and the strip-shaped mask 16 made of oxide.
  • the drawn longitudinal section is shown in Fig. 6.
  • the lower cladding layer 10 and then the first contact layer 17 are located directly on the waveguide layer 3 in the passive area.
  • the cross section shown here in the passive area is shown in FIG Fig. 7 shown.
  • a buffer layer 2, which is etched to the side here to a greater extent, and the waveguide layer 3 on its central web are shown as a passive optical waveguide on the substrate 1.
  • the lower cladding layer 10 is grown over the entire surface, that is to say also on this web.
  • the first contact layer 17 is located thereon.
  • the first contact layer 17 is then removed in the passive area and in two narrow strips on both sides of the mask 16.
  • the mask 16 is then removed.
  • the upper cladding layer 18 (made of, for example, p-doped InP: Zn) is applied to the entire surface.
  • This upper cladding layer 18 must differ in its refractive index from the grating layer 6, since it grows over the grating and thus contributes to the periodic variation of the refractive index.
  • a second contact layer 19 eg p+-doped InGaAs: Zn
  • This second contact layer 19 is then removed in the passive area.
  • the longitudinal section drawn in FIG. 8 is shown in FIG. 9.
  • the upper cladding layer 18 is applied to the lattice layer 6 in the active region and to the lower cladding layer 10 in the passive region.
  • the second contact layer 19 is located on the upper cladding layer 18 in the active region.
  • the second contact layer 19 is then structured over the strip of the active layer 5 to form a strip which is somewhat wider than the active strip 5.
  • the central contact layer 8 remaining from the second contact layer 19 and its flanks are covered with an oxide.
  • This oxide and the upper cladding layer 18 are then etched down to the lateral contact layer 11 using a selective method.
  • a web of the upper cladding layer 7 then remains above the strip of the active layer 5, which is slightly wider than the gap in the portions of the lateral contact layer 11 and is somewhat wider than the strip of the central contact layer 8 applied to this upper cladding layer 7.
  • the side contact layer 11 is also etched in strip form, its portions being etched out from under the sides of the upper cladding layer 7, so that the surface of the lower cladding layer 10 is exposed in narrow strips between the upper cladding layer 7 and the remaining portions of the side contact layer 11.
  • the entire surface is covered with a dielectric 21 (insulation oxide), which is removed again via the strips of the central contact layer 8 and the lateral contact layer 11.
  • a contact metallization is vapor-deposited, which is brought into a suitable shape in a last photolithography step, so that a central contact 9 on the central contact layer 8 and, electrically isolated therefrom, a lateral contact 12 on the lateral contact layer 11 are produced.
  • the central contact 9 is the p-contact
  • the (two-part) side contact 12 on the (two-part) side contact layer 11 is the n-contact.
  • 10 shows a cross section through the finished active region of this exemplary embodiment.
  • the waveguide layer 30 has only the function of an etching stop layer. It can therefore be thinner than in the previous exemplary embodiment.
  • the layer sequence up to and including the waveguide layer 30 is removed.
  • an undoped waveguide layer 22 e.g. InGaAsP with a wavelength of 1.05 »m
  • SiO2 oxide
  • FIG. 11 shows a cross section in the active area with the mask 16 and the lattice layer 6 etched in the form of a strip on the full-area active layer 50.
  • the longitudinal section shown is shown in FIG. 12.
  • the waveguide layer 22 adjoins the layer sequence of waveguide layer 3 (etch stop layer), intermediate layer 4, active layer 5 and grating layer 6.
  • the cross section shown in the passive area is shown in FIG. 13.
  • a ridge (rib waveguide) is etched into the waveguide layer 22 by means of the mask 16. After etching this rib, the mask 16 is removed in the passive area. In this area, a further mask 23 (oxide, z. B. Al2O3) is applied. The material of this further mask 23 must be able to be selectively etched against the material of the first mask 16. The further mask 23 protects the waveguide rib when the laser web is etched.
  • FIGS. 14 and 15 The cross section shown in FIG. 14 in the passive area is shown in FIG. 15 with the further mask 23 applied there over the entire area.
  • the cross section drawn in FIG. 14 in the active area corresponds to FIG. 4 of the previous exemplary embodiment.
  • the further mask 23 is removed and the lower cladding layer 10 and the first contact layer 17 are grown epitaxially.
  • the mask 16 remaining on the laser web prevents the epitaxial growth of these layers on the laser web.
  • 16 shows the longitudinal section corresponding to FIG. 6 of the first exemplary embodiment.
  • the cross-section drawn in the active region again corresponds to FIG. 4 of the first exemplary embodiment.
  • the cross section shown in the passive area is shown in FIG. 17. 17 is over the waveguide layer 22 with that in it etched rib over the entire surface, the lower cladding layer 10 and then the first contact layer 17 grown.
  • the first contact layer 17 is removed in the passive region and in narrow strips on both sides of the mask 16. Thereafter, the mask 16 is also removed.
  • the upper cladding layer 18 and the second contact layer 19 are grown over the entire area. These layers are then etched back to the upper cladding layer 7, the central contact layer 8 and the lateral contact layer 11, as in the first exemplary embodiment.
  • the dielectric 21 and the central contact 9 and the lateral contact 12 are applied as in the first exemplary embodiment.
  • the active region does not differ from the first exemplary embodiment, while in the passive region in this second exemplary embodiment the waveguide is not designed as an extension of the waveguide layer 3 but as a rib waveguide in the waveguide layer 22.
  • the TTG-DFB laser diode described in the last prior art publication in LEE Proceedings 137 , 69-73, can also be integrated in the laser diode-waveguide combination according to the invention.
  • This laser diode has an electronically controllable waveguide above or below the active layer.
  • the following describes the production of an exemplary embodiment in which this tuning layer lies below the active layer and continues as a passive waveguide outside the laser range, ie in the passive range.
  • the manufacture of this embodiment is therefore similar in many points to that of the first embodiment.
  • the rib waveguide of the second embodiment can also be integrated with this TTG-DFB laser diode to the combination according to the invention. In the case of the ribbed waveguide, the changes corresponding to the second exemplary embodiment have to be made for the manufacturing process.
  • the TTG-DFB laser diode with the Waveguide of the first embodiment described as another embodiment. Additional doping is required for the current supply to a tuning layer. This doping advantageously takes place before the remaining layer sequence is grown into the buffer layer 20 grown on the substrate 1 or, if no buffer layer 20 is grown, directly into the substrate 1. The sign of the doping is the same as that of the upper cladding layer in the present exemplary embodiment p line.
  • the waveguide layer 30 as a tuning layer, the intermediate layer 40, the active layer 50 and the grating layer 60 are then grown. This layer sequence is shown in cross section in FIG. 18 and the doped region 24 is represented by dashed lines.
  • the implantation or diffusion of dopant is locally limited, ie the doped region 24 is located below the region to be occupied by the laser strip and on one side thereof. The other side remains undoped. 19 shows a longitudinal section with the lattice 15 produced in the lattice layer 60. The doped region 24 is limited to the active region.
  • the lattice layer 60, the active layer 50 and the intermediate layer 40 are removed in the passive region and the layer sequence in the active region is etched back to the laser web shown in cross section in FIG. 4, again using a mask 16.
  • the lower cladding layer 10 is then grown in accordance with FIGS. 5 and 6.
  • the first contact layer will advantageously consist of a three-part layer sequence.
  • a first partial contact layer 25 is lightly doped for, in this exemplary embodiment, n-line.
  • a second partial contact layer 26 of a different composition eg InP: Zn
  • the first and the third partial contact layer 25, 27 can be made of the same material, but the materials can also be different, as indicated in the cited document (first partial contact layer 25 z. B. n-InGaAsP, second partial contact layer 26 n-InP, third partial contact layer 27 n+-InGaAs).
  • 20 shows the cross section in the region of the laser diode with the substrate 1, the buffer layer 2, the doped region 24, the waveguide layer 3 as a tuning layer, the intermediate layer 4, the active layer 5, the grating layer 6, the mask 16, the lower cladding layer 10 and the three partial contact layers 25, 26, 27.
  • a longitudinal section is shown in FIG. 21 and a cross section in the passive region in FIG. 22.
  • the mask 16 is removed and the first contact layer is etched back onto strip-shaped areas in the active area.
  • the portions of the second and third partial contact layers 26, 27 are removed on the side of the doped region 24, so that only the relevant portion of the first partial contact layer 25 remains in this region.
  • the upper cladding layer 18 and the second contact layer 19 are grown. 24 shows the longitudinal section after this manufacturing step.
  • FIG. 25 shows the cross section in the passive region.
  • the surfaces of the lateral contact layer 11, 29 are exposed.
  • this side contact layer 11 consists only of the relevant portion of the first partial contact layer 25.
  • the side contact layer 29 is composed of three layer portions 25, 26, 27.
  • the portion of the lateral contact layer 11 over the doped region 24 and the portion of the lower cladding layer 10 located underneath are redoped by implantation or diffusion with dopant, so that the semiconductor material has the same conductivity as the doped region 24 below.
  • a lateral contact 12 is applied to the lateral contact layer 11.
  • the second contact for the active layer 5 is located as a central contact 9 on the central contact layer 8.
  • the second contact for the waveguide layer 3 as a tuning layer is formed by the other portion of the side contact 12 on the side contact layer 11 on the second doped region 28 .
  • the current is supplied via this second doped region 28 in the lower cladding layer 10 and the initially produced doped region 24 in the buffer layer 2, as shown in cross section in FIG. 26. Otherwise, the structure corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the laser diode-waveguide combination according to the invention enables the monolithic integration of a laser diode with a waveguide on a semi-insulating substrate, various embodiments, in particular tunable laser diodes, being suitable for the laser diode.
  • the bonding areas of the contacts find space on the surface of this laser diode-waveguide combination, and the structure according to the invention is easy to manufacture.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Laserdiode-Wellenleiter-Kombination.The present invention relates to a monolithically integrated laser diode-waveguide combination.

Eine monolithisch integrierte Kombination einer Laserdiode und eines damit verkoppelten passiven Wellenleiters wird bisher nur auf einem leitfähigen Substrat hergestellt. Ein für die Stromzufuhr vorgesehener Kontakt ist dabei auf der Unterseite des Substrates aufgebracht. In Electronics Letters 26, 933 - 934 (1990) ist eine Laserdiode auf semiisolierendem Substrat mit planarer Oberfläche beschrieben. Dabei ist eine streifenförmige aktive Schicht zwischen einer p-dotierten Schicht, die von der Oberseite des Bauelementes über ein p-diffundiertes Gebiet kontaktiert wird, und einer n-dotierten Schicht, in die über n-dotiertes Halbleitermaterial seitlich Strom geschickt werden kann, angeordnet. Dieses seitliche n-dotierte Halbleitermaterial wird auf der Oberfläche des Bauelementes, die eben ist, seitlich des aktiven Streifens kontaktiert.A monolithically integrated combination of a laser diode and a passive waveguide coupled to it has so far only been produced on a conductive substrate. A contact provided for the power supply is applied to the underside of the substrate. Electronics Letters 26 , 933-934 (1990) describes a laser diode on a semi-insulating substrate with a planar surface. In this case, a strip-shaped active layer is arranged between a p-doped layer, which is contacted from the top of the component via a p-diffused region, and an n-doped layer, into which current can be sent laterally via n-doped semiconductor material. This lateral n-doped semiconductor material is contacted on the surface of the component, which is flat, on the side of the active strip.

In Electronics Letters 26, 458 - 459 (1990) ist eine Laserdiode auf semiisolierendem Substrat beschrieben, bei dem ein aktiver Streifen auf einer n-dotierten InP-Schicht längs des Randes verläuft. Seitlich dieses aktiven Streifens befindet sich ein n-Kontakt auf dieser InP-Schicht. Oberhalb des aktiven Streifens und auf der von dieser InP-Schicht nicht bedeckten Oberfläche ist eine p-dotierte Kontaktschicht aufgewachsen mit einem darauf befindlichen p-Kontakt.Electronics Letters 26 , 458-459 (1990) describes a laser diode on a semi-insulating substrate, in which an active strip runs along the edge on an n-doped InP layer. There is an n-contact on the side of this active strip on this InP layer. A p-doped contact layer with a p-contact located on it has grown above the active strip and on the surface not covered by this InP layer.

In IEE Proceedings 137, 39 - 42 (1990) ist eine Laserdiode auf semiisolierendem Substrat beschrieben, bei der sich ein aktiver Streifen auf einer n-dotierten Schicht aus InP befindet, der von oben und seitlich in eine p-dotierte InP-Schicht eingebettet ist. Darauf befindet sich eine hoch p-leitend dotierte Kontaktschicht und darauf ein p-Kontakt. Die untere n-dotierte InP-Schicht ist seitlich mit einem n-Kontakt versehen. Ein ähnlicher Aufbau ist in IEE Proceedings 136, 76 - 82 (1989) beschrieben.IEE Proceedings 137 , 39 - 42 (1990) describes a laser diode on a semi-insulating substrate, in which there is an active strip on an n-doped layer of InP, which is embedded from above and laterally in a p-doped InP layer is. There is a highly p-conductive doped contact layer on top and a p-contact on top. The lower n-doped InP layer is laterally provided with an n-contact. A similar structure is described in IEE Proceedings 136 , 76 - 82 (1989).

In Electronics Letters 24, 467 - 468 (1988) und in Journal of Lightwave Technology LT-4, 908 - 912 (1986) werden Laserdioden mit integriertem Feldeffekttransistor auf semiisolierendem Substrat beschrieben.Electronics Letters 24 , 467-468 (1988) and Journal of Lightwave Technology LT-4 , 908-912 (1986) describe laser diodes with an integrated field-effect transistor on a semi-insulating substrate.

In IEE Proceedings 137, 69 - 73 (1990) wird ein abstimmbarer DFB-Laser beschrieben, bei dem vertikal eine aktive Schicht und eine Abstimmschicht angeordnet sind und die Stromzufuhr zu beiden Schichten über eine zentral dazwischen befindliche Schicht und seitlich vorhandenes Halbleitermaterial erfolgt. Die Kontakte sind auf einer dreilagigen streifenförmigen Schicht auf dem seitlichen Halbleitermaterial, auf einer Kontaktschicht anderer Zusammensetzung oberhalb des streifenförmigen aktiven Bereiches und auf der Unterseite des leitfähigen Substrates angeordnet.IEE Proceedings 137 , 69 - 73 (1990) describes a tunable DFB laser in which an active layer and a tuning layer are arranged vertically and the current is supplied to both layers via a layer located centrally between them and semiconductor material present on the side. The contacts are arranged on a three-layer strip-shaped layer on the side semiconductor material, on a contact layer of a different composition above the strip-shaped active region and on the underside of the conductive substrate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine monolithisch integrierte Laserdiode-Wellenleiter-Kombination auf semiisolierendem Substrat anzugeben.The object of the present invention is to provide a monolithically integrated laser diode-waveguide combination on a semi-insulating substrate.

Diese Aufgabe wird mit der Laserdiode-Wellenleiter-Kombination mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved with the laser diode-waveguide combination with the features of claim 1. Further refinements result from the subclaims.

Erfindungsgemäß erfolgt die Integration des Wellenleiters mit der Laserdiode auf semiisolierendem Substrat dadurch, daß die aktive Zone der Laserdiode auf den Seiten von einer dotierten Mantelschicht eingeschlossen ist, die die elektrische Verbindung zu Kontakten auf der Oberseite des Bauelementes herstellt. Halbleitermaterial, das für den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp dotiert ist, befindet sich als obere Mantelschicht in Form eines Steges oberhalb und längs der aktiven Schicht. Dieser von der oberen Mantelschicht gebildete Steg ist an seinem Fuß nicht wesentlich breiter als die aktive Schicht. Auf dem Steg ist die Metallisierung des anderen Kontaktes aufgebracht und über einen schmalen Streifen zu einer Bondfläche geführt. Diese Bondfläche ist auf dem passiven Abschnitt, d. h. dort, wo sich der optische Wellenleiter befindet, angeordnet. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aufbaues sieht vor, daß die optische Rückkopplung des Laserlichts in der Laserdiode durch ein DFB-Gitter erfolgt. Dieses DFB-Gitter kann über oder unter der aktiven Schicht liegen. Die erfindungsgemäße Laserdiode-Wellenleiter-Kombination kann mit allen bekannten Epitaxieverfahren hergestellt werden. Besonders geeignet erscheinen die gebräuchlichen Gasphasen-Verfahren MOVPE oder MOMBE.According to the invention, the waveguide is integrated with the laser diode on a semi-insulating substrate in that the active zone of the laser diode is enclosed on the sides by a doped cladding layer, which establishes the electrical connection to contacts on the top of the component. Semiconductor material that is doped for the opposite conductivity type is in the form of an upper cladding layer Bridges above and along the active layer. This web formed by the upper cladding layer is not significantly wider at its base than the active layer. The metallization of the other contact is applied to the web and led to a bond area via a narrow strip. This bond area is arranged on the passive section, ie where the optical waveguide is located. A particularly advantageous embodiment of the structure according to the invention provides that the optical feedback of the laser light in the laser diode takes place through a DFB grating. This DFB grating can lie above or below the active layer. The laser diode-waveguide combination according to the invention can be produced using all known epitaxy methods. The usual gas phase processes MOVPE or MOMBE appear particularly suitable.

Es folgt eine Beschreibung besonders vorteilhafter Ausführungsformen anhand der Figuren 1 bis 26.

Fig. 1
zeigt die fertige Laserdiode-Wellenleiter-Kombination in einer Schnittaufsicht.
Die Figuren 10 und 26
zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Laserdiode-Wellenleiter-Kombination in einem Querschnitt.
There follows a description of particularly advantageous embodiments with reference to FIGS. 1 to 26.
Fig. 1
shows the finished laser diode-waveguide combination in a sectional view.
Figures 10 and 26
show embodiments of the laser diode-waveguide combination according to the invention in a cross section.

Die restlichen Figuren zeigen Querschnitte oder Längsschnitte des erfindungsgemäßen Aufbaues nach verschiedenen Herstellungsschritten.The remaining figures show cross sections or longitudinal sections of the structure according to the invention after various manufacturing steps.

Fig. 1 Zeigt auf einem Substrat 1 eine Pufferschicht 2 und darauf streifenförmig übereinander angeordnet eine Wellenleiterschicht 3, eine Zwischenschicht 4, eine aktive Schicht 5 und eine Gitterschicht 6 mit dem darauf befindlichen Steg der oberen Mantelschicht 7, auf die eine zentrale Kontaktschicht 8 mit dem zentralen Kontakt 9 aufgebracht ist. Dieser zentrale Kontakt 9 ist seitlich mit der Bondfläche 13 elektrisch verbunden. Seitlich des die aktive Schicht 5 umfassenden Streifens ist die untere Mantelschicht 10 auf die Pufferschicht 2 aufgebracht. Darauf befindet sich die seitliche Kontaktschicht 11 mit dem darauf befindlichen seitlichen Kontakt 12. Die Materialien der oberen Mantelschicht 7 und der unteren Mantelschicht 10 sind entgegengesetzt zueinander dotiert. An den aktiven Bereich A schließt sich der passive Bereich P mit dem Wellenleiter an. In diesem passiven Bereich P ist die obere Mantelschicht 7 auch seitlich des mittleren Steges aufgewachsen. Die untere Mantelschicht 10 befindet sich in dem passiven Bereich P auch oberhalb des streifenförmigen Wellenleiters (die Verlängerung der Wellenleiterschicht 3 in Fig. 1).1 shows a buffer layer 2 on a substrate 1 and a waveguide layer 3, an intermediate layer 4, an active layer 5 and a grating layer 6 with the web of the upper cladding layer 7 thereon, on which a central contact layer 8 with the central contact 9 is applied. This central contact 9 is electrically connected laterally to the bonding surface 13. The lower cladding layer 10 is applied to the buffer layer 2 to the side of the strip comprising the active layer 5. The lateral contact layer 11 is located thereon with the lateral contact 12 thereon. The materials of the upper cladding layer 7 and the lower cladding layer 10 are doped in opposite directions to one another. The active area A is followed by the passive area P with the waveguide. In this passive area P, the upper cladding layer 7 has also grown to the side of the central web. The lower cladding layer 10 is also located in the passive region P above the strip-shaped waveguide (the extension of the waveguide layer 3 in FIG. 1).

Die in Fig. 1 nicht vollständig erkennbare Struktur wird im folgenden für das Beispiel eines BH-Wellenleiters anhand des Herstellungsverfahrens beschrieben. Fig. 2 zeigt im Längsschnitt das semiisolierende Substrat 1 mit der darauf aufgewachsenen Pufferschicht 20, die auch entfallen kann, mit der darauf aufgewachsenen Zwischenschicht 40, der aktiven Schicht 50 und einer Schutzschicht 51. An der Grenze zwischen der Pufferschicht 20 bzw. der überwachsenen Oberseite des Substrates 1 und der nachfolgenden Wellenleiterschicht 30 befindet sich in dem aktiven Bereich ein Gitter 14. Das Substrat 1 kann z. B. InP:Fe und die Pufferschicht 20 InP sein. Die Pufferschicht 20 kann undotiert oder z. B. n-dotiert sein. Das Gitter muß lokal begrenzt hergestellt werden, da es nur in dem aktiven Bereich der Laserdiode benötigt wird und im passiven Bereich zu Abstrahlverlusten führen würde. Die Wellenleiterschicht ist undotiert oder z. E. n⁻-dotiert und z. B. InGaAsP der Wellenlänge 1,3 »m. Die Zwischenschicht 40 ist z. B. n⁺-dotiert und z. B. InP:Sn. Die aktive Schicht 50 ist undotiert und z. B. InGaAsP der Wellenlänge 1,55 »m. Die Schutzschicht 51 ist z. B. p-dotiert und InP:Zn.The structure which is not fully recognizable in FIG. 1 is described below for the example of a BH waveguide using the manufacturing method. 2 shows in longitudinal section the semi-insulating substrate 1 with the buffer layer 20 grown thereon, which can also be omitted, with the intermediate layer 40 grown thereon, the active layer 50 and a protective layer 51. At the boundary between the buffer layer 20 or the overgrown top side of the substrate 1 and the subsequent waveguide layer 30 there is a grating 14 in the active region. B. InP: Fe and the buffer layer 20 InP. The buffer layer 20 can be undoped or z. B. be n-doped. The grating must be produced locally, since it is only required in the active area of the laser diode and would lead to radiation losses in the passive area. The waveguide layer is undoped or z. E. n⁻-doped and z. B. InGaAsP of wavelength 1.3 »m. The intermediate layer 40 is e.g. B. n⁺-doped and z. B. InP: Sn. The active layer 50 is undoped and e.g. B. InGaAsP of wavelength 1.55 »m. The protective layer 51 is e.g. B. p-doped and InP: Zn.

Eine andere Ausgestaltung entsprechend Fig. 3 sieht vor, das Gitter 15 oberhalb der aktiven Schicht 50 anzuordnen. Die oberste Schicht als Gitterschicht 60 ist aus Material mit größerer Brechzahl als die Schutzschicht 51 in Fig. 2. Diese Gitterschicht 60 kann z. B. InGaAsP der Wellenlänge 1,15 »m sein. In diese Gitterschicht 60 ist das DFB-Gitter auf der ganzen Fläche eingeätzt. Nachfolgend werden die weiteren Herstellungsschritte und Strukturvarianten für diese Ausführungsform nach Fig. 3 mit dem oben angeordneten Gitter beschrieben, da diese Variante die herstellungstechnisch einfachere Lösung der Aufgabenstellung darstellt.Another embodiment according to FIG. 3 provides for the grid 15 to be arranged above the active layer 50. The uppermost layer as a lattice layer 60 is made of material with a higher refractive index than the protective layer 51 in FIG. B. InGaAsP of wavelength 1.15 »m. The DFB grating is in this grating layer 60 whole area etched. The further manufacturing steps and structural variants for this embodiment according to FIG. 3 are described below with the grating arranged at the top, since this variant represents the simpler solution to the task in terms of production technology.

Als nächstes wird in dem passiven Bereich die Wellenleiterschicht 30 freigelegt, was durch herkömmliche Photolithographie und selektives naßchemisches Ätzen geschehen kann. Die Wellenleiterschicht 30 dient dabei als Ätzstoppschicht. Der BH-Steg im aktiven Bereich ist in Fig. 4 im Querschnitt dargestellt. Bei der Herstellung wird eine streifenförmige Maske 16 (z. B. SiO₂) auf die Oberfläche der Gitterschicht 60 aufgebracht. Diese Maske 16 wird für das Ätzen der Schichtfolge bis hinunter in die Pufferschicht 2 bzw. beim Fehlen der Pufferschicht bis in das Substrat 1 verwendet. Anschließend wird diese Maske 16 im passiven Bereich entfernt. Auf dem Gitter in der Gitterschicht 6 bleibt sie zunächst bestehen.Next, the waveguide layer 30 is exposed in the passive region, which can be done by conventional photolithography and selective wet chemical etching. The waveguide layer 30 serves as an etch stop layer. The bra web in the active area is shown in cross section in FIG. 4. A strip-shaped mask 16 (for example SiO 2) is applied to the surface of the grid layer 60 during manufacture. This mask 16 is used for etching the layer sequence down into the buffer layer 2 or, in the absence of the buffer layer, down into the substrate 1. This mask 16 is then removed in the passive area. It initially remains on the grid in the grid layer 6.

In einem nachfolgenden Epitaxieschritt werden die Flanken des Laserstegs mit einer unteren Mantelschicht 10 (z. B. n-dotiertes InP:Zn) bedeckt. Diese untere Mantelschicht wird im passiven Bereich auch über die Wellenleiterschicht 3 gewachsen. Im aktiven Bereich verhindert die Maske 16 aus Oxid das Überwachsen mit dem Halbleitermaterial der unteren Mantelschicht 10. Fig. 5 zeigt den Schichtaufbau nach dem Aufwachsen dieser unteren Mantelschicht 10 und einer ersten Kontaktschicht 17 (z. b. n⁺-dotieres InGaAs:Si), die die Kontakte mit später aufzubringenden Metallisierungen verbessert. Auf dem Substrat 1 befindet sich die seitlich teilweise abgeätzte Pufferschicht 2, in dem Steg die Wellenleiterschicht 3, die Zwischenschicht 4, die aktive Schicht 5, die Gitterschicht 6 und die streifenförmige Maske 16 aus Oxid. Der eingezeichnete Längsschnitt ist in Fig. 6 dargestellt. In dem passiven Bereich befindet sich auf der Wellenleiterschicht 3 unmittelbar die untere Mantelschicht 10 und darauf die erste Kontaktschicht 17. Der hier eingezeichnete Querschnitt im passiven Bereich ist in Fig. 7 dargestellt. Auf dem Substrat 1 ist eine hier seitlich stärker abgeätzte Pufferschicht 2 und auf deren mittlerem Steg die Wellenleiterschicht 3 als passiver optischer Wellenleiter dargestellt. Die untere Mantelschicht 10 ist ganzflächig, also auch auf diesem Steg aufgewachsen. Darauf befindet sich die erste Kontaktschicht 17.In a subsequent epitaxial step, the flanks of the laser web are covered with a lower cladding layer 10 (e.g. n-doped InP: Zn). This lower cladding layer is also grown over the waveguide layer 3 in the passive region. In the active area, the mask 16 made of oxide prevents the semiconductor material of the lower cladding layer 10 from overgrowing. FIG. 5 shows the layer structure after the growth of this lower cladding layer 10 and a first contact layer 17 (eg n⁺-doped InGaAs: Si), which the Contacts with metallizations to be applied later improved. The laterally partially etched-off buffer layer 2 is located on the substrate 1, in the web the waveguide layer 3, the intermediate layer 4, the active layer 5, the grating layer 6 and the strip-shaped mask 16 made of oxide. The drawn longitudinal section is shown in Fig. 6. The lower cladding layer 10 and then the first contact layer 17 are located directly on the waveguide layer 3 in the passive area. The cross section shown here in the passive area is shown in FIG Fig. 7 shown. A buffer layer 2, which is etched to the side here to a greater extent, and the waveguide layer 3 on its central web are shown as a passive optical waveguide on the substrate 1. The lower cladding layer 10 is grown over the entire surface, that is to say also on this web. The first contact layer 17 is located thereon.

Die erste Kontaktschicht 17 wird anschließend im passiven Bereich und in zwei schmalen Streifen beidseits der Maske 16 entfernt. Danach wird die Maske 16 entfernt. In einem letzten Epitaxieschritt wird die obere Mantelschicht 18 (aus z. B. p-dotiertem InP:Zn) auf der gesamten Fläche aufgebracht. Diese obere Mantelschicht 18 muß sich in ihrer Brechzahl von der Gitterschicht 6 unterscheiden, da sie das Gitter überwächst und somit zur periodischen Variation der Brechzahl beiträgt. Auf die obere Mantelschicht 18 wird eine zweite Kontaktschicht 19 (z. B. p⁺-dotiertes InGaAs:Zn), die zur Verbesserung des Kontaktes einer darauf aufzubringenden Metallisierung dient, aufgebracht. Diese zweite Kontaktschicht 19 wird anschließend im passiven Bereich entfernt. Der in Fig. 8 eingezeichnete Längsschnitt ist in Fig. 9 dargestellt. Die obere Mantelschicht 18 ist im aktiven Bereich auf der Gitterschicht 6 und im passiven Bereich auf der unteren Mantelschicht 10 aufgebracht. Im aktiven Bereich befindet sich auf der oberen Mantelschicht 18 die zweite Kontaktschicht 19.The first contact layer 17 is then removed in the passive area and in two narrow strips on both sides of the mask 16. The mask 16 is then removed. In a last epitaxial step, the upper cladding layer 18 (made of, for example, p-doped InP: Zn) is applied to the entire surface. This upper cladding layer 18 must differ in its refractive index from the grating layer 6, since it grows over the grating and thus contributes to the periodic variation of the refractive index. A second contact layer 19 (eg p⁺-doped InGaAs: Zn), which serves to improve the contact of a metallization to be applied thereon, is applied to the upper cladding layer 18. This second contact layer 19 is then removed in the passive area. The longitudinal section drawn in FIG. 8 is shown in FIG. 9. The upper cladding layer 18 is applied to the lattice layer 6 in the active region and to the lower cladding layer 10 in the passive region. The second contact layer 19 is located on the upper cladding layer 18 in the active region.

Die zweite Kontaktschicht 19 wird dann über dem Streifen der aktiven Schicht 5 zu einem Streifen strukturiert, der etwas breiter als der aktive Streifen 5 ist. Die von der zweiten Kontaktschicht 19 verbleibende zentrale Kontaktschicht 8 und deren Flanken werden mit einem Oxid bedeckt. Anschließend werden dieses Oxid und die obere Mantelschicht 18 mit einer selektiven Methode bis auf die seitliche Kontaktschicht 11 herabgeätzt. Über dem Streifen der aktiven Schicht 5 bleibt danach ein Steg der oberen Mantelschicht 7, der etwas breiter als die Lücke in den Anteilen der seitlichen Kontaktschicht 11 und etwas breiter als der auf dieser oberen Mantelschicht 7 aufgebrachte Streifen der zentralen Kontaktschicht 8 ist.The second contact layer 19 is then structured over the strip of the active layer 5 to form a strip which is somewhat wider than the active strip 5. The central contact layer 8 remaining from the second contact layer 19 and its flanks are covered with an oxide. This oxide and the upper cladding layer 18 are then etched down to the lateral contact layer 11 using a selective method. A web of the upper cladding layer 7 then remains above the strip of the active layer 5, which is slightly wider than the gap in the portions of the lateral contact layer 11 and is somewhat wider than the strip of the central contact layer 8 applied to this upper cladding layer 7.

Die seitliche Kontaktschicht 11 wird ebenfalls in Streifenform geätzt, wobei ihre Anteile unter den Seiten der oberen Mantelschicht 7 herausgeätzt werden, so daß zwischen der oberen Mantelschicht 7 und den verbleibenden Anteilen der seitlichen Kontaktschicht 11 die Oberfläche der unteren Mantelschicht 10 in schmalen Streifen freigelegt ist. Die gesamte Oberfläche wird mit einem Dielektrikum 21 (Isolationsoxid) bedeckt, das über den Streifen der zentralen Kontaktschicht 8 und der seitlichen Kontaktschicht 11 wieder entfernt wird. Abschließend wird eine Kontaktmetallisierung aufgedampft, die in einem letzten Photolithographieschritt in geeignete Form gebracht wird, so daß ein zentraler Kontakt 9 auf der zentralen Kontaktschicht 8 und davon elektrisch isoliert ein seitlicher Kontakt 12 auf der seitlichen Kontaktschicht 11 hergestellt werden. Der zentrale Kontakt 9 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der p-Kontakt, der (zweiteilige) seitliche Kontakt 12 auf der (zweiteiligen) seitlichen Kontaktschicht 11 der n-Kontakt. Ein Querschnitt durch den fertigen aktiven Bereich dieses Ausführungsbeispiels zeigt Fig. 10.The side contact layer 11 is also etched in strip form, its portions being etched out from under the sides of the upper cladding layer 7, so that the surface of the lower cladding layer 10 is exposed in narrow strips between the upper cladding layer 7 and the remaining portions of the side contact layer 11. The entire surface is covered with a dielectric 21 (insulation oxide), which is removed again via the strips of the central contact layer 8 and the lateral contact layer 11. Finally, a contact metallization is vapor-deposited, which is brought into a suitable shape in a last photolithography step, so that a central contact 9 on the central contact layer 8 and, electrically isolated therefrom, a lateral contact 12 on the lateral contact layer 11 are produced. In the present exemplary embodiment, the central contact 9 is the p-contact, the (two-part) side contact 12 on the (two-part) side contact layer 11 is the n-contact. 10 shows a cross section through the finished active region of this exemplary embodiment.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit vergrabenem Rippenwellenleiter wird im folgenden beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel geht auch von der Struktur nach Fig. 2 bzw. nach Fig. 3 aus. Die Wellenleiterschicht 30 hat hier aber nur die Funktion einer Ätzstoppschicht. Sie kann daher dünner sein als im vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Im passiven Bereich wird die Schichtfolge bis einschließlich der Wellenleiterschicht 30 entfernt. Anschließend wird in dem passiven Bereich, in dem die Oberfläche der Pufferschicht 20 bzw., falls keine Pufferschicht vorhanden ist, des Substrates 1 freigelegt ist, eine undotierte Wellenleiterschicht 22 (z. B. InGaAsP der Wellenlänge 1,05 »m) epitaktisch aufgewachsen. Dabei wird der aktive Bereich durch ein Oxid (SiO₂) abgedeckt, das das epitaktische Wachstum dort verhindert. Nachdem die Wellenleiterschicht 22 aufgewachsen ist, wird auch diese mit Oxid bedeckt, das über die gesamte Länge zu einem schmalen Streifen strukturiert wird. Dieser Oxidstreifen dient als Maske 16 für das Ätzen der Rippe im Wellenleiter. Gleichzeitig definiert er den Lasersteg, der im anschließenden Schritt geätzt wird. Fig. 11 zeigt einen Querschnitt im aktiven Bereich mit der Maske 16 und der streifenförmig geätzten Gitterschicht 6 auf der ganzflächigen aktiven Schicht 50. Der eingezeichnete Längsschnitt ist in Fig. 12 dargestellt. Die Wellenleiterschicht 22 schließt sich an die Schichtfolge aus Wellenleiterschicht 3 (Ätzstoppschicht), Zwischenschicht 4, aktiver Schicht 5 und Gitterschicht 6 an. Der eingezeichnete Querschnitt im passiven Bereich ist in Fig. 13 dargestellt. Im passiven Bereich ist in die Wellenleiterschicht 22 mittels der Maske 16 ein Steg (Rippenwellenleiter) geätzt. Nach dem Ätzen dieser Rippe wird die Maske 16 im passiven Bereich entfernt. In diesem Bereich wird eine weitere Maske 23 (Oxid, z. B. Al₂O₃) aufgebracht. Das Material dieser weiteren Maske 23 muß selektiv gegen das Material der ersten Maske 16 geätzt werden können. Die weitere Maske 23 schützt die Wellenleiterrippe beim Ätzen des Laserstegs. Die betreffende Struktur ist in den Figuren 14 und 15 dargestellt. Der in Fig. 14 eingezeichnete Querschnitt im passiven Bereich ist in Fig. 15 mit der dort ganzflächig aufgebrachten weiteren Maske 23 dargestellt. Der in Fig. 14 eingezeichnete Querschnitt im aktiven Bereich entspricht Fig. 4 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels.Another embodiment with buried rib waveguide is described below. This exemplary embodiment also starts from the structure according to FIG. 2 or according to FIG. 3. Here, however, the waveguide layer 30 has only the function of an etching stop layer. It can therefore be thinner than in the previous exemplary embodiment. In the passive area, the layer sequence up to and including the waveguide layer 30 is removed. Subsequently, an undoped waveguide layer 22 (e.g. InGaAsP with a wavelength of 1.05 »m) is epitaxially grown in the passive region in which the surface of the buffer layer 20 or, if no buffer layer is present, of the substrate 1 is exposed. The active area is covered by an oxide (SiO₂), which prevents epitaxial growth there. After the waveguide layer 22 grown up, this is also covered with oxide, which is structured along the entire length into a narrow strip. This oxide strip serves as a mask 16 for etching the rib in the waveguide. At the same time, he defines the laser bar, which is etched in the subsequent step. FIG. 11 shows a cross section in the active area with the mask 16 and the lattice layer 6 etched in the form of a strip on the full-area active layer 50. The longitudinal section shown is shown in FIG. 12. The waveguide layer 22 adjoins the layer sequence of waveguide layer 3 (etch stop layer), intermediate layer 4, active layer 5 and grating layer 6. The cross section shown in the passive area is shown in FIG. 13. In the passive area, a ridge (rib waveguide) is etched into the waveguide layer 22 by means of the mask 16. After etching this rib, the mask 16 is removed in the passive area. In this area, a further mask 23 (oxide, z. B. Al₂O₃) is applied. The material of this further mask 23 must be able to be selectively etched against the material of the first mask 16. The further mask 23 protects the waveguide rib when the laser web is etched. The structure in question is shown in FIGS. 14 and 15. The cross section shown in FIG. 14 in the passive area is shown in FIG. 15 with the further mask 23 applied there over the entire area. The cross section drawn in FIG. 14 in the active area corresponds to FIG. 4 of the previous exemplary embodiment.

Die weitere Maske 23 wird entfernt, und die untere Mantelschicht 10 sowie die erste Kontaktschicht 17 werden epitaktisch aufgewachsen. Dabei verhindert die auf dem Lasersteg verbliebene Maske 16 das epitaktische Aufwachsen dieser Schichten auf dem Lasersteg. Fig. 16 zeigt den der Figur 6 des ersten Ausführungsbeispieles entsprechenden Längsschnitt. Der eingezeichnete Querschnitt im aktiven Bereich entspricht wieder der Fig. 4 des ersten Ausführungsbeispieles. Der eingezeichnete Querschnitt im passiven Bereich ist in Fig. 17 dargestellt. In Fig. 17 ist über der Wellenleiterschicht 22 mit der darin ausgeätzten Rippe ganzflächig die untere Mantelschicht 10 und darauf die erste Kontaktschicht 17 aufgewachsen. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel wird die erste Kontaktschicht 17 in dem passiven Bereich und in schmalen Streifen beidseits der Maske 16 entfernt. Danach wird die Maske 16 ebenfalls entfernt. Die obere Mantelschicht 18 und die zweite Kontaktschicht 19 werden ganzflächig aufgewachsen. Anschließend werden diese Schichten wie in dem ersten Ausführungsbeispiel zu der oberen Mantelschicht 7, der zentralen Kontaktschicht 8 und der seitlichen Kontaktschicht 11 rückgeätzt. Das Dielektrikum 21 und der zentrale Kontakt 9 sowie der seitliche Kontakt 12 werden wie in dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebracht. Der aktive Bereich unterscheidet sich nicht gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel, während in dem passiven Bereich bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Wellenleiter nicht als Verlängerung der Wellenleiterschicht 3 sondern als Rippenwellenleiter in der Wellenleiterschicht 22 ausgebildet ist.The further mask 23 is removed and the lower cladding layer 10 and the first contact layer 17 are grown epitaxially. The mask 16 remaining on the laser web prevents the epitaxial growth of these layers on the laser web. 16 shows the longitudinal section corresponding to FIG. 6 of the first exemplary embodiment. The cross-section drawn in the active region again corresponds to FIG. 4 of the first exemplary embodiment. The cross section shown in the passive area is shown in FIG. 17. 17 is over the waveguide layer 22 with that in it etched rib over the entire surface, the lower cladding layer 10 and then the first contact layer 17 grown. As in the first exemplary embodiment, the first contact layer 17 is removed in the passive region and in narrow strips on both sides of the mask 16. Thereafter, the mask 16 is also removed. The upper cladding layer 18 and the second contact layer 19 are grown over the entire area. These layers are then etched back to the upper cladding layer 7, the central contact layer 8 and the lateral contact layer 11, as in the first exemplary embodiment. The dielectric 21 and the central contact 9 and the lateral contact 12 are applied as in the first exemplary embodiment. The active region does not differ from the first exemplary embodiment, while in the passive region in this second exemplary embodiment the waveguide is not designed as an extension of the waveguide layer 3 but as a rib waveguide in the waveguide layer 22.

In der erfindungsgemäßen Laserdiode-Wellenleiter-Kombination kann auch die in der letzten zum Stand der Technik genannten Veröffentlichung in LEE Proceedings 137, 69 - 73, beschriebene TTG-DFB-Laserdiode integriert sein. Diese Laserdiode besitzt einen elektronisch ansteuerbaren Wellenleiter über oder unter der aktiven Schicht. Im folgenden wird die Herstellung eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem diese Abstimmschicht unterhalb der aktiven Schicht liegt und als passiver Wellenleiter außerhalb des Laserbereichs, d. h. in dem passiven Bereich, weiterläuft. Die Herstellung dieses Ausführungsbeispieles gleicht daher in vielen Punkten der des ersten Ausführungsbeispiels. Andere Wellenleiterformen, wie z. B. der Rippenwellenleiter des zweiten Ausführungsbeispieles, können ebenfalls mit dieser TTG-DFB-Laserdiode zu der erfindungsgemäßen Kombination integriert werden. Im Fall des Rippenwellenleiters sind für das Herstellungsverfahren die dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechenden Veränderungen vorzunehmen.The TTG-DFB laser diode described in the last prior art publication in LEE Proceedings 137 , 69-73, can also be integrated in the laser diode-waveguide combination according to the invention. This laser diode has an electronically controllable waveguide above or below the active layer. The following describes the production of an exemplary embodiment in which this tuning layer lies below the active layer and continues as a passive waveguide outside the laser range, ie in the passive range. The manufacture of this embodiment is therefore similar in many points to that of the first embodiment. Other waveguide shapes, such as B. the rib waveguide of the second embodiment can also be integrated with this TTG-DFB laser diode to the combination according to the invention. In the case of the ribbed waveguide, the changes corresponding to the second exemplary embodiment have to be made for the manufacturing process.

Im folgenden wird die Kombination der TTG-DFB-Laserdiode mit dem Wellenleiter des ersten Ausführungsbeispiels als weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Für die Stromzuführung in eine Abstimmschicht ist eine zusätzliche Dotierung erforderlich. Diese Dotierung erfolgt vorteilhaft vor dem Aufwachsen der restlichen Schichtfolge in die auf das Substrat 1 aufgewachsene Pufferschicht 20 bzw., falls keine Pufferschicht 20 aufgewachsen wird, direkt in das Substrat 1. Das Vorzeichen der Dotierung ist dasselbe wie das der oberen Mantelschicht, im vorliegenden Ausführungsbeispiel p-Leitung. Es werden dann die Wellenleiterschicht 30 als Abstimmschicht, die Zwischenschicht 40, die aktive Schicht 50 und die Gitterschicht 60 aufgewachsen. In Fig. 18 ist diese Schichtfolge im Querschnitt gezeigt und der dotierte Bereich 24 durch gestrichelte Linien dargestellt. Die Implantation oder Diffusion von Dotierstoff ist lokal begrenzt, d. h. der dotierte Bereich 24 befindet sich unterhalb des von dem Laserstreifen einzunehmenden Bereiches und auf einer Seite davon. Die andere Seite bleibt undotiert. Fig. 19 zeigt einen Längsschnitt mit dem in der Gitterschicht 60 hergestellten Gitter 15. Der dotierte Bereich 24 ist auf den aktiven Bereich begrenzt.In the following the combination of the TTG-DFB laser diode with the Waveguide of the first embodiment described as another embodiment. Additional doping is required for the current supply to a tuning layer. This doping advantageously takes place before the remaining layer sequence is grown into the buffer layer 20 grown on the substrate 1 or, if no buffer layer 20 is grown, directly into the substrate 1. The sign of the doping is the same as that of the upper cladding layer in the present exemplary embodiment p line. The waveguide layer 30 as a tuning layer, the intermediate layer 40, the active layer 50 and the grating layer 60 are then grown. This layer sequence is shown in cross section in FIG. 18 and the doped region 24 is represented by dashed lines. The implantation or diffusion of dopant is locally limited, ie the doped region 24 is located below the region to be occupied by the laser strip and on one side thereof. The other side remains undoped. 19 shows a longitudinal section with the lattice 15 produced in the lattice layer 60. The doped region 24 is limited to the active region.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel werden im passiven Bereich die Gitterschicht 60, die aktive Schicht 50 und die Zwischenschicht 40 entfernt und die Schichtfolge im aktiven Bereich zu dem in Fig. 4 im Querschnitt dargestellten Lasersteg rückgeätzt, wobei wieder eine Maske 16 Verwendung findet. Dann wird die untere Mantelschicht 10 entsprechend Fig. 5 und Fig. 6 aufgewachsen. Die erste Kontaktschicht wird in diesem Ausführungsbeispiel vorteilhaft aus einer dreiteiligen Schichtfolge bestehen. Eine erste Teil-Kontaktschicht 25 ist niedrig dotiert für, in diesem Ausführungsbeispiel, n-Leitung. Darauf folgt eine zweite Teil-Kontaktschicht 26 anderer Zusammensetzung (z. B. InP:Zn) und darauf eine dritte Teil-Kontaktschicht 27, die hoch dotiert ist. Die erste und die dritte Teil-Kontaktschicht 25, 27 können aus dem gleichen Material sein, die Materialien können aber auch verschieden sein, wie in der zitierten Druckschrift angegeben (erste Teil-Kontaktschicht 25 z. B. n-InGaAsP, zweite Teil-Kontaktschicht 26 n-InP, dritte Teil-Kontaktschicht 27 n⁺-InGaAs). Fig. 20 zeigt den Querschnitt im Bereich der Laserdiode mit dem Substrat 1, der Pufferschicht 2, dem dotierten Bereich 24, der Wellenleiterschicht 3 als Abstimmschicht, der Zwischenschicht 4, der aktiven Schicht 5, der Gitterschicht 6, der Maske 16, der unteren Mantelschicht 10 und den drei Teil-Kontaktschichten 25, 26, 27. Einen Längsschnitt zeigt Fig. 21 und einen Querschnitt im passiven Bereich Fig. 22.As in the first exemplary embodiment, the lattice layer 60, the active layer 50 and the intermediate layer 40 are removed in the passive region and the layer sequence in the active region is etched back to the laser web shown in cross section in FIG. 4, again using a mask 16. The lower cladding layer 10 is then grown in accordance with FIGS. 5 and 6. In this exemplary embodiment, the first contact layer will advantageously consist of a three-part layer sequence. A first partial contact layer 25 is lightly doped for, in this exemplary embodiment, n-line. This is followed by a second partial contact layer 26 of a different composition (eg InP: Zn) and then a third partial contact layer 27 which is highly doped. The first and the third partial contact layer 25, 27 can be made of the same material, but the materials can also be different, as indicated in the cited document (first partial contact layer 25 z. B. n-InGaAsP, second partial contact layer 26 n-InP, third partial contact layer 27 n⁺-InGaAs). 20 shows the cross section in the region of the laser diode with the substrate 1, the buffer layer 2, the doped region 24, the waveguide layer 3 as a tuning layer, the intermediate layer 4, the active layer 5, the grating layer 6, the mask 16, the lower cladding layer 10 and the three partial contact layers 25, 26, 27. A longitudinal section is shown in FIG. 21 and a cross section in the passive region in FIG. 22.

Die Maske 16 wird entfernt und die erste Kontaktschicht auf streifenförmige Bereiche im aktiven Bereich rückgeätzt. Zusätzlich werden auf der Seite des dotierten Bereiches 24 die Anteile der zweiten und dritten Teil-Kontaktschicht 26, 27 entfernt, so daß in diesem Bereich nur der betreffende Anteil der ersten Teil-Kontaktschicht 25 stehen bleibt. Dann werden die obere Mantelschicht 18 und die zweite Kontaktschicht 19 aufgewachsen. Den Längsschnitt nach diesem Herstellungsschritt zeigt Fig. 24. Fig. 25 zeigt den Querschnitt im passiven Bereich.The mask 16 is removed and the first contact layer is etched back onto strip-shaped areas in the active area. In addition, the portions of the second and third partial contact layers 26, 27 are removed on the side of the doped region 24, so that only the relevant portion of the first partial contact layer 25 remains in this region. Then the upper cladding layer 18 and the second contact layer 19 are grown. 24 shows the longitudinal section after this manufacturing step. FIG. 25 shows the cross section in the passive region.

Nachdem die obere Mantelschicht 7 zu dem Streifen entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel heruntergeätzt ist, liegen die Oberflächen der seitlichen Kontaktschicht 11, 29 frei. Auf der oberhalb des dotierten Bereiches 24 befindlichen Seite besteht diese seitliche Kontaktschicht 11 nur aus dem betreffenden Anteil der ersten Teil-Kontaktschicht 25. Auf der anderen Seite ist die seitliche Kontaktschicht 29 aus drei Schichtanteilen 25, 26, 27 zusammengesetzt. Der Anteil der seitlichen Kontaktschicht 11 über dem dotierten Bereich 24 und der darunter befindliche Anteil der unteren Mantelschicht 10 werden durch Implantation oder Diffusion mit Dotierstoff umdotiert, so daß das Halbleitermaterial dieselbe Leitfähigkeit wie der dotierte Bereich 24 darunter besitzt. Auf der seitlichen Kontaktschicht 11 wird ein seitlicher Kontakt 12 aufgebracht. Über diesen seitlichen Kontakt 12 kann auf der Seite der dreilagigen seitlichen Kontaktschicht 29 Strom über die Zentralschicht 4 zum Ansteuern der aktiven Schicht 5 und der Wellenleiterschicht 3 zugeführt werden. Der zweite Kontakt für die aktive Schicht 5 befindet sich als zentraler Kontakt 9 auf der zentralen Kontaktschicht 8. Der zweite Kontakt für die Wellenleiterschicht 3 als Abstimmschicht wird durch den anderen Anteil des seitlichen Kontaktes 12 auf der seitlichen Kontaktschicht 11 auf dem zweiten dotierten Bereich 28 gebildet. Die Stromzufuhr erfolgt über diesen zweiten dotierten Bereich 28 in der unteren Mantelschicht 10 und den anfangs hergestellten dotierten Bereich 24 in der Pufferschicht 2, wie in Fig. 26 im Querschnitt dargestellt ist. Im übrigen entspricht der Aufbau dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.After the upper cladding layer 7 is etched down to the strip according to the first exemplary embodiment, the surfaces of the lateral contact layer 11, 29 are exposed. On the side located above the doped region 24, this side contact layer 11 consists only of the relevant portion of the first partial contact layer 25. On the other side, the side contact layer 29 is composed of three layer portions 25, 26, 27. The portion of the lateral contact layer 11 over the doped region 24 and the portion of the lower cladding layer 10 located underneath are redoped by implantation or diffusion with dopant, so that the semiconductor material has the same conductivity as the doped region 24 below. A lateral contact 12 is applied to the lateral contact layer 11. Current can pass through this side contact 12 on the side of the three-layer side contact layer 29 the central layer 4 for driving the active layer 5 and the waveguide layer 3 are supplied. The second contact for the active layer 5 is located as a central contact 9 on the central contact layer 8. The second contact for the waveguide layer 3 as a tuning layer is formed by the other portion of the side contact 12 on the side contact layer 11 on the second doped region 28 . The current is supplied via this second doped region 28 in the lower cladding layer 10 and the initially produced doped region 24 in the buffer layer 2, as shown in cross section in FIG. 26. Otherwise, the structure corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 1.

Die erfindungsgemäße Laserdiode-Wellenleiter-Kombination ermöglicht die monolithische Integration einer Laserdiode mit einem Wellenleiter auf semiisolierendem Substrat, wobei für die Laserdiode verschiedene Ausführungsformen, insbesondere abstimmbare Laserdioden, in Frage kommen. Die Bondflächen der Kontakte finden auf der Oberfläche dieser Laserdiode-Wellenleiter-Kombination Platz, und die erfindungsgemäße Struktur ist einfach herstellbar.The laser diode-waveguide combination according to the invention enables the monolithic integration of a laser diode with a waveguide on a semi-insulating substrate, various embodiments, in particular tunable laser diodes, being suitable for the laser diode. The bonding areas of the contacts find space on the surface of this laser diode-waveguide combination, and the structure according to the invention is easy to manufacture.

Claims (6)

  1. Monolithically integrated laser diode waveguide combination on a semi-insulating substrate (1) with a grown-over main side,
    in which a passive waveguide layer (3) is coupled to a strip-shaped active layer (5) of the laser diode,
    in which there is present on that side of this active layer (5) facing away from the substrate (1) a strip-shaped upper covering layer (7), doped for electrical conductivity of a first conductivity type, as a web having a central contact layer (8) applied on the upper side of this web,
    in which the web formed by this upper covering layer (7) is not significantly wider at its foot than the active layer (5),
    in which there is present on that side of the active layer (5) facing the substrate (1) a strip-shaped intermediate layer (4), doped for electrical conductivity of an opposing, second conductivity type, which is bounded by two main sides parallel to the main side of the substrate (1) and by two long sides and two narrow sides, in which there is present a lower covering layer (10), which is adjacent to the two long sides of this intermediate layer (4) in the region of the laser diode and is doped for electrical conductivity of the second conductivity type on at least one side of the intermediate layer (4),
    in which there is applied on this lower covering layer (10) a lateral contact layer (11) and
    in which there is applied on the central contact layer (8) a central contact (9) and on the lateral contact layer (11) a lateral contact (12).
  2. Laser diode waveguide combination according to Claim 1, in which there is present, for the optical feedback of the laser light, a DFB grating, which is constructed in a grating layer (6) arranged between the upper covering layer (7) and the active layer (5).
  3. Laser diode waveguide combination according to Claim 1, in which there is present, for the optical feedback of the laser light, a DFB grating between the intermediate layer (4) and the substrate (1).
  4. Laser diode waveguide combination according to one of Claims 1 to 3,
    in which the lower covering layer (10) on one side of the intermediate layer (4) is doped for electrical conductivity of the first conductivity type,
    in which there is present on that side of the intermediate layer (4) facing the substrate (1) a tuning layer (3),
    in which there is present a region (24) doped for electrical conductivity of the first conductivity type, which adjoins the main side, of this tuning layer (3), facing the substrate (1) and is connected to that portion of the lower covering layer (10) doped for the first conductivity type,
    in which the lateral contact layer (11) has a portion on that portion of the lower covering layer (10) doped for the first conductivity type and a portion, separated therefrom, on that portion of the lower covering layer (10) doped for the second conductivity type and
    in which these separate portions of the lateral contact layer (11) are provided in each case with a separate lateral contact (12).
  5. Laser diode waveguide combination according to Claim 4, in which the portions of the lateral contact layer (11) which are applied on those portions of the lower covering layer (10) doped for different conductivity types have, at least in the respective uppermost layer portions provided with the relevant lateral contact (12), material compositions differing from each other.
  6. Laser diode according to one of Claims 1 to 5, in which the first conductivity type is p-conductivity and the second conductivity type is n-conductivity and in which at least one layer portion, of the central contact layer (8), adjoining the central contact (9) is doped for p⁺-conductivity and at least one layer portion, of the lateral contact layer (11), adjoining the lateral contact (12) provided for the n-conductively doped portion of the lower covering layer (10), is doped for n⁺-conductivity.
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